常见的电路模型---2024届新课标高中物理模型与方法含答案.pdf
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1、12024版新课标高中物理模型与方法常见的电路模型2024版新课标高中物理模型与方法常见的电路模型目录一.电路动态分析模型1二含容电路模型6三关于UI,UI的物理意义模型11四电源的输出功率随外电阻变化的讨论及电源的等效思想22五电路故障的分析模型30一.电路动态分析模型一.电路动态分析模型1.1.电路的动态分析问题:是指由于断开或闭合开关、滑动变阻器滑片的滑动等造成电路结构发生了变化,某处电路变化又引起其他电路的一系列变化;对它们的分析要熟练掌握闭合电路欧姆定律,部分电路欧姆定律,串、并联电路中电压和电流的关系2.2.电路动态分析的三种常用方法(1)程序法【需要记住的几个结论】:当外电路的任
2、何一个电阻增大(或减小)时,整个电路的总电阻一定增大(或减小)。若电键的通断使串联的用电器增多时,总电阻增大;若电键的通断使并联的用电器增多时,总电阻减小用电器断路相当于该处电阻增大至无穷大,用电器短路相当于该处电阻减小至零。(2)“串反并同”结论法所谓“串反”,即某一电阻增大时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小,反之则增大。所谓“并同”,即某一电阻增大时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大,反之则减小。即:U串I串P串RU并I并P并 【注意】此时电源要有内阻或有等效内阻,“串反并同”的规律仅作为一种解题技巧供参考。(3)极限法常见的电路模型-
3、2024届新课标高中物理模型与方法2因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题,可将变阻器的滑片分别滑至两个极端,让电阻最大或为零再讨论。3.3.电路动态变化的常见类型:滑动变阻器滑片移动引起的动态变化:限流接法时注意哪部分是有效电阻,分压接法两部分电阻一增一减,双臂环路接法有最值;半导体传感器引起的动态变化:热敏电阻、光敏电阻、压敏电阻等随温度、光强、压力的增大阻值减小;开关的通断引起的动态变化:开关视为电阻,接通时其阻值为零,断开时其阻值为无穷大,所以,由通而断阻值变大,由断而通阻值变小。4.4.滑动变阻器的几种接法限流接法分压接法双臂环路接法左部分为有效电阻,向 滑动,AB间总阻值减小。向滑动,
4、R并增大,R串减小,AB间总电阻减小。两部分电阻并联,RAB先增大后减小,当并联的两部分阻值相等时RAB最大。1 1(20232023 河北邢台 河北巨鹿中学校联考三模)某磁敏电阻R的阻值随外加磁场的磁感应强度 B的增大而增大。有一位同学利用该磁敏电阻设计了一款可以测量小车加速度的实验装置,如图所示,条形磁铁的左、右两端分别连接两根相同的轻质弹簧,两弹簧的另一端固定在小车两侧的竖直挡板上,磁铁可以相对小车无摩擦左右移动,下列说法正确的是()A.当小车向右做加速直线运动时,电流表示数变大B.当小车向右做减速直线运动时,电压表示数变小C.当小车向左做加速直线运动时,电流表示数变大D.当小车向左做减
5、速直线运动时,电压表示数变小2 2(20232023 春 湖南 高三长郡中学校联考阶段练习)如图所示电路中,电源电动势为 E,内阻为 r。闭合开关S,电压表示数为U,电流表示数为I,电表均为理想电表,在滑动变阻器R1的滑片P由b端滑到a端的过程中,下列说法正确的是()3A.U先变大后变小B.I先变小后变大C.U与I比值先变大后变小D.电源内部消耗的功率先减小后增大3 3(20232023 湖南邵阳 统考模拟预测)如图所示,电源电动势为E、内阻为r,滑动变阻器总电阻为R,所有电表均为理想表。当滑片由左向右滑动时,关于各表示数变化描述正确的是()A.A1示数可能先增大再减小B.A2示数可能先减小再
6、增大C.A3示数一定先减小再增大D.V示数一定一直增大4 4(20232023 江苏南京 统考三模)某牧场设计了一款补水提示器,其工作原理如图所示,水量增加时滑片下移,电表均为理想电表。下列说法正确的是()A.若选择电压表,水量增多时电压表示数变大B.若选择电流表,水量增多时电流表示数变小C.若选择电流表,与电压表相比,电路更节能D.若选择电压表,增加R0可提高灵敏度45 5(20232023 全国 高三专题练习)在如图所示的电路中,E为电源,电源内阻为r,小灯泡L灯丝电阻不变,电压表V为理想电表,R1、R2为定值电阻,R3为滑动变阻器,若将滑动变阻器的滑片向下移动,则()A.通过R2的电流变
7、大B.电压表的示数变小C.电源内阻上的电压变大D.小灯泡消耗的功率变小二含容电路模型二含容电路模型(1)电路简化电路稳定后,把电容器所处的支路视为断路,简化电路时可以去掉,求电荷量时再在相应位置补上。(2)电路稳定时电容器的电压电路稳定时,电容器所在的支路中没有电流,与之串联的电阻相当于导线,其两端无电压。电容器两端的电压等于与之并联的电阻两端的电压。(3)电容器的带电荷量及变化电容器两端电压的变化引起电容器充、放电。利用Q=UC计算电容器初、末状态所带的电荷量Q1和Q2。如果变化前后极板带电的电性相同,通过所连导线的电荷量为|Q1-Q2|。如果变化前后极板带电的电性相反,通过所连导线的电荷量
8、为Q1+Q2。1 1(20232023 贵州黔东南 校考模拟预测)如图,电源电动势为E、内阻为r,R1为定值电阻,电容器的电容为C,现将滑动变阻器的滑片由最上端缓慢地向下滑动,电压表示数变化量的绝对值分别为 U1、U2,电流表示数变化量的绝对值为I,已知R1r,滑动变阻器的最大阻值大于r,下列说法正确的是()A.V1、V2示数增大,A的示数减小B.V1、V2、A的示数均增大C.R1两端电压增大D.电容器增加的电荷量为CU22 2(20232023 海南省直辖县级单位 嘉积中学校考模拟预测)如图所示的电路中,电源电动势为 E,内阻为r,开关S闭合后,平行板电容器中的带电液滴M处于静止状态,电流表
9、和电压表均为理想电表,则()5A.带电液滴M一定带正电B.R4的滑片向上端移动时,电流表示数减小,电压表示数增大,R3功率增大C.若仅将电容器下极板稍微向上平移,带电液滴M将向上极板运动D.若将开关S断开,带电液滴M将向下极板运动3 3(20232023 重庆合川 统考模拟预测)在如图所示的电路中,当闭合开关 S后,若将滑动变阻器的滑片 P向下调节,则正确的是()A.电路再次稳定时,电源效率增加B.灯L2变暗,电流表的示数减小C.灯L1变亮,电压表的示数减小D.电容器存储的电势能增加4 4(20232023 全国 高三专题练习)如图所示电路中,直流电源内阻 r 0,R1、R2为定值电阻,滑动变
10、阻器最大阻值为R3,rR1=R2R1),闭合开关S,不同规格的灯泡L1和L2均正常发光,现将滑动变阻器的滑动片P向上移动一定的距离,理想电流表A1、A2、电压表的示数均会发生一定变化,其变化量分别用 I1、I2和U表示,则下列分析判断可能正确的是()A.电压表V示数变大,电流表A1示数变小B.电流表A2示数不可能变为零8C.灯泡L1、L2变暗D.电源的内阻r=UI14 4(20232023 全国 高三专题练习)如图所示,R1、R2和R3都是阻值为R0的定值电阻,R是滑动变阻器,电源内阻为r,V1、V2和A都是理想电压表和电流表,闭合开关S,当滑动变阻器的滑片由图示位置向左缓慢滑动时,U1、U2
11、分别表示电压表 V1、V2示数的变化量,I表示电流表 A的示数变化量,则下列说法中正确的是()A.V1表示数减小B.V2表示数减小C.U2I=R0(3R0+2r)r+2R0D.电压表V1示数的变化量U1的绝对值小于电压表V2示数的变化量U2的绝对值5 5(20232023 河北石家庄 统考三模)在如图所示电路中,电源电动势 E=12V,内阻r=8,定值电阻R1=2,R2=10,R3=20,滑动变阻器R4的取值范围为030,所打电表均为理想电表。闭合开关S,在滑动变阻器的滑片从a端滑到b端的过程中,电压表V1、电压表V2、电流表A示数的变化量分別为U1、U2、I。下列说法正确的是()A.U1大于
12、 U2B.U1I不变,U2I增大C.R4的功率先增大后减小,最大值为0.36WD.电源的输出功率先增大后减小,最大值为4.5W6 6(20232023 全国 高三专题练习)如图所示,电源的电动势和内阻分别为E、r,在滑动变阻器的滑片由a向b移9动的过程中,下列各物理量变化情况为()A.电流表的读数逐渐减小B.R0的功率先减小后增大C.电源的输出功率逐渐增大D.电压表与电流表读数改变量的比值UI先减小后增大7 7(20232023 四川成都 高三成都七中校考阶段练习)交警使用的某型号酒精测试仪如图1所示,其工作原理如图2所示,传感器的电阻值R随酒精气体浓度的增大而减小,电源的电动势为 E,内阻为
13、r,电路中的电表均可视为理想电表。当一位酒驾驾驶员对着测试仪吹气时,下列说法正确的是()A.电压表的示数变大,电流表的示数变小B.酒精气体浓度越大,电源的效率越低C.酒精气体浓度越大,电源的输出功率越小D.电压表示数变化量的绝对值与电流表示数变化量的绝对值之比变小四电源的输出功率随外电阻变化的讨论及电源的等效思想四电源的输出功率随外电阻变化的讨论及电源的等效思想当外电阻为纯电阻电路时1.1.电源的输出功率P出=I2R=E2(r+R)2R=E2(R-r)2R+4r(输出功率随外电阻变化的图线如图所示)(1)当R=r时,P出最大=E24r=E24R.(2)当P出P出最大时,每个输出功率值对应两个可
14、能的外电阻R1和R2,且r=R1R2.(3)Rr时,P出随R的增大而减小102.2.电源的效率=I2RI2(R+r)=RR+r=11+rR,随着R的增大而增大,当R=r时,电源有最大输出功率时,效率仅为50%.3.3.图2所示的电路中,电源的电动势为E,内阻为r,R1为定值电阻,那么负载电阻R取何值时,负载R上将获得最大功率?将定值电阻R1和电源看成一个等效电源,如图3虚线框所示。则等效电源的电动势E=E,内阻r=R1+r,由结论可知,当R=r=R1+r时,Pm=E24r=E24(R1+r)验证:P=I2R=ER+R1+r2R=E2R(R1+r)2R+4(R1+r)显然,R=R1+r时,Pm=
15、E24(R1+r)(正确)4.4.图4所示的电路中,电源的电动势为E,内阻为r,R1为定值电阻,那么负载电阻R取何值时,负载R上将获得最大功率?图5中,虚线框内等效电源的电动势E=UAB=R1R1+rE(UAB为外电路从AB处断开时的路端电压),内阻r=R并=R1rR1+r。11因此,当R=r=R1rR1+r时,Pm=E24r=ER1R1+r24R1rR1+r验证:P=R1R+R1I2R=R1R+R1Er+RR1R+R12R=ER1Rr+R1r+RR12R=ER1R(R1+r)+R1r2R=ER1R1+rR+R1rR1+r2R=ER1R1+r2RR1rR1+r2R+4R1rR1+r显然,当R=
16、R1rR1+r时,Pm=ER1R1+r24R1rR1+r正确1 1(20232023 湖北 模拟预测)如图所示,曲线C1、C2是闭合回路中内、外电路消耗的电功率随电流变化的图线。由该图可知下列说法中错误的是()A.电源的电动势为E=4V内电阻为r=1B.短路电流为4AC.电源输出功率最大值为4 WD.曲线C1是外电路消耗的电功率随电流变化的图线,C2是内电路消耗的电功率随电流变化的图线。2 2(20232023 海南 统考模拟预测)如图,电阻丝ab的总电阻为2R,其电阻率不随温度的变化而改变。将它与电阻值为R的定值电阻串联接在内阻不计的电源两端,电压表为理想电表。闭合开关S,将滑片P由a向b移
17、动,则金属丝两端的电压U和功率P()A.U不变B.U增大C.P减小D.P先增大后减小3 3(20232023 全国 高三专题练习)用标有“6V,3W”的灯泡L1、“6V,6W”的灯泡L2与理想电压表和理想电流表连接成如图甲所示的实验电路,其中电源电动势E=9V。图乙是通过两个灯泡的电流随两端电压变化的曲线。当其中一个灯泡正常发光时()12A.电流表的示数为1AB.电压表的示数约为6VC.电路输出功率为4WD.电源内阻为14 4(20232023 全国 高三专题练习)如图所示电路中,电源电动势 E=8V,内阻 r=1,定值电阻 R1=9,R2=10,R3=5;滑动变阻器R4的取值范围为015。闭
18、合开关S,调节滑动变阻器的滑片,使R4取不同的阻值接入电路,则下列说法正确的是()A.R4=0时,定值电阻R1消耗的功率最大,为2WB.R4=5时,电源内阻消耗的功率最小,为0.5WC.R4=10时,R4消耗的功率最大,为0.4WD.R4=15时,电源的效率最高,为905 5(20232023 江苏常州 江苏省前黄高级中学校考二模)如图甲所示为一个超声波加湿器,如图乙所示为其内部湿度监测装置的简化电路图。已知电源电压为 12V,定值电阻 R0的阻值为 30,电流表的量程为 0 200mA,电压表的量程为09V,湿敏电阻R的阻值随湿度RH变化的关系图像如图丙所示,其阻值最大为120(图中未画出)
19、。则在电路安全工作的前提下,下列说法正确的是()A.湿敏电阻R的电流最小值为80mAB.定值电阻R0的电功率范围为0.3W1.2WC.电路消耗的总功率最大值为3.6WD.此装置能监测的湿度范围为30%80%136 6(20232023 全国 高三专题练习)如图所示电路,电源电动势为E,内阻为r。闭合开关,调节滑动变阻器滑片,电压表示数为U、电流表示数为I。电源的总功率P与电压U、电流I的关系正确的是()A.B.C.D.五电路故障的分析模型五电路故障的分析模型电路故障一般是短路或断路,常见的情况有导线断芯、灯泡断丝、灯座短路、电阻器内部断路、接触不良等,检查故障的基本方法有两种。(1)电压表检测
20、若电压表示数等于电源电压,说明电路中有电流通过电压表,电路为通路(电压表作为一个大电阻把开关和电源接通了),则开关S和导线不断路,灯L断路即故障所在。(2)假设法已知电路发生某种故障,寻找故障发生位置时,可将整个电路划分为若干部分,然后逐一假设某部分电路发生故障,运用欧姆定律进行正向推理。推理结果若与题述物理现象不符合,则故障不是发生在这部分电路,若推理结果与题述物理现象符合,则故障可能发生在这部分电路。直到找出发生故障的全部可能为止,亦称排除法。1 1(20232023 春 北京顺义 高三统考阶段练习)连接如图所示的电路,闭合电键 S 后,从 a 向b 移动滑动变阻器R的滑片,发现“小灯泡一
21、直不发光,电压表的示数逐渐增大”,电路的故障可能为()A.小灯泡短路B.小灯泡断路C.电流表断路D.滑动变阻器短路142 2(20232023 北京通州 高三统考期末)在如图所示的电路中,干电池、开关和额定电压为1.5V的灯泡组成串联电路。当闭合开关时,发现灯泡不发光。为了检验故障,某同学在开关闭合的情况下,用多用电表的电压挡对电路进行检测。检测结果如下表所示,已知电路仅有一处故障,由此做出的判断中正确的是()测试点A、CA、DA、EA、F多用表示数00约1.5V约1.5VA.D、E间导线断路B.B、F间导线断路C.灯泡断路D.A、C间导线断路3 3(20232023 山东济南 高三济南市历城
22、第二中学校考阶段练习)如图所示的电路中,闭合电键,灯L1、L2正常发光,由于电路出现故障,突然发现灯L1变亮,灯L2变暗,电流表的读数变小,根据分析,发生的故障可能是()A.R1断路B.R2断路C.R3短路D.R4短路4 4(20232023 全国 模拟预测)在如图所示的电路中,开关闭合后,由于电阻元件发生短路或断路故障,电压表和电流表的读数都增大,则肯定出现了下列哪种故障()A.R1短路B.R2短路C.R3短路D.R1断路5 5(20232023 全国 高三专题练习)某学生在研究串联电路电压特点的实验时,连接成如图所示的电路,接通 S后,他将大内阻的电压表并联在 A、C 两点间,电压表示数为
23、 U,当并联在 A、B 两点间时,电压表示数也为U,当并联在B、C两点间时,电压表的示数为零,则出现此种情况的原因可能是(R1、R2的阻值相差不15大)()A.AB段断路或BC段短路B.AB段短路或BC段短路C.AB段短路或BC段断路D.AB段断路或BC段断路6 6(20232023 内蒙古呼和浩特 高三呼市二中校考阶段练习)如图所示的电路中,电源电动势为 E,内阻为r,电流表为理想电表,R1、R2、R3、R4均为定值电阻。灯泡L1和L2阻值一定且始终安全。现闭合开关S,下列分析正确的是()A.若R1断路,则灯泡L1和L2均变亮,电流表示数变小B.若R2断路,则灯泡L1变暗,L2变亮,电流表示
24、数变小C.若R3短路,则灯泡L1和L2均变亮,电流表示数变大D.若R4短路,则灯泡L1变亮,L2变暗,电流表示数变大7 7(20232023 全国 高三专题练习)如图示的电路中,闭合开关S,灯L1、L2正常发光。由于电路出现故障,突然发现L1变亮,L2变暗,分析电路特点,若只有某个元件发生的故障,下列情况可能的是()A.R1短路B.R2短路C.R1断路D.R2断路120242024版新课标高中物理模型与方法版新课标高中物理模型与方法常见的电路模型常见的电路模型目录一.电路动态分析模型1二含容电路模型6三关于UI,UI的物理意义模型11四电源的输出功率随外电阻变化的讨论及电源的等效思想22五电路
25、故障的分析模型30一一.电路动态分析模型电路动态分析模型1.1.电路的动态分析问题:是指由于断开或闭合开关、滑动变阻器滑片的滑动等造成电路结构发生了变化,某处电路变化又引起其他电路的一系列变化;对它们的分析要熟练掌握闭合电路欧姆定律,部分电路欧姆定律,串、并联电路中电压和电流的关系2.2.电路动态分析的三种常用方法(1)程序法【需要记住的几个结论】:当外电路的任何一个电阻增大(或减小)时,整个电路的总电阻一定增大(或减小)。若电键的通断使串联的用电器增多时,总电阻增大;若电键的通断使并联的用电器增多时,总电阻减小用电器断路相当于该处电阻增大至无穷大,用电器短路相当于该处电阻减小至零。(2)“串
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